Tunkeuman hallinta MIG/MAG-hitsauksessa

Abstract

MIG/MAG-hitsaukselle tyypillinen ominaispiirre, valokaaren itsesäätyvyys, saavutetaan vakiojännitelähdettä käyttämällä. Valokaaren sisäisen säätömekanismin ansiosta kaarenpituus pysyy vakiona, vaikka hitsauspolttimen ja työkappaleen välinen etäisyys vaihtelisi hitsauksen aikana. Vakiojännitelähteen käyttäminen aiheuttaa kuitenkin kaaritehon vaihtelua vapaalankapituuden muuttuessa. Vapaalangan kasvaessa liian pitkäksi kaariteho laskee niin alas, ettei se enää riitä sulattamaan tarpeeksi perusainetta railon kyljissä. Tämän seurauksena hitsausliitokseen syntyy erilaisia liittymävirheitä. Käsinhitsauksessa vapaalangan pituus saattaa polttimen epävakaasta kuljetuksesta johtuen vaihdella erityisesti kokemattomilla hitsaajilla. Mekanisoidussa ja automatisoidussa hitsauksessa railojen mitta- ja muotopoikkeamat aiheuttavat vapaalankapituuden vaihtelua. Poikkeamia syntyy kaikissa hitsausrailojen esivalmistusvaiheissa. Lisäksi lämmöntuonnin aiheuttamat muodonmuutokset kappaleissa lisäävät poikkeamia railonsovituksessa hitsauksen aikana. Ongelma on useimmiten ratkaistavissa railonseurantaa käyttämällä. Railonseurantajärjestelmät ovat kuitenkin kalliita, eivätkä ne toimi luotettavasti kaikissa olosuhteissa. Diplomityössä tutkittiin uutta MIG/MAG-hitsauksen reaaliaikaiseen tunkeuman hallintaan kehitettyä säätöjärjestelmää. Työn tavoitteina olivat säätöjärjestelmän luotettavan toiminnan takaavien reunaehtojen ja kosketussuutinetäisyyden suositusrajojen määrittäminen. Tavoitteiden täyttämiseksi työn kokeellisessa osiossa suoritettiin laaja hitsauskokeiden sarja, jossa hitsattavina materiaaleina käytettiin seostamatonta ja runsasseosteista terästä.

Power supplies used in MIG/MAG-welding are always constant voltage power supplies. Self-regulating arc, a typical characteristic for MIG/MAG-welding, is the most important argument for the use of constant voltage power supply. This built-in feature keeps the arc length constant despite of minor changes in the torch distance. However, the constant voltage supply changes the arc power depending on the stick-out length, which varies during welding. The longer the stick-out length becomes, the lower the welding current out will be. This feature may cause serious welding defects such as lack of fusion and incomplete penetration. In manual welding the stick-out length varies, when the movement of the torch is unstable. This occurs especially for inexperienced welders. In mechanized and automated welding, dimensional and geometrical deviations of the joints cause variation in the stick-out length. Deviations originate in all phases of the joint preparation and fit-up work. Additionally, the distortion caused by the welding heat increase deviations during welding. These deviations can be compensated by using an appropriate joint tracking method. However, many of the joint tracking systems available in the market are expensive, and do not work reliably in all conditions. The new real-time penetration control system developed for MIG/MAG-welding has been studied in this master’s thesis. The objective of the study was to determine tolerances within which the control system can be proved to work reliably. In order to attain the objective, a comprehensive series of welding tests were performed using mild and stainless steel.